摘要：隨著智能建筑的迅速發(fā)展，家庭自動(dòng)化系統(tǒng)在方便、高效、節(jié)能和安全等方面逐步完善。設(shè)計(jì)了一種基于Internet的智能家庭網(wǎng)絡(luò)控制器上，上層實(shí)現(xiàn)Internet的互聯(lián)，下層應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)底層設(shè)備的管理。其優(yōu)越性在于充分利用Internet的互聯(lián)性及現(xiàn)場總線的雙向、串行、數(shù)字等特點(diǎn)，對(duì)家用電器進(jìn)行監(jiān)控管理、能源優(yōu)化使用。
關(guān)鍵詞：Internet　智能化　CAN總線　家庭自動(dòng)化系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)、控制、網(wǎng)絡(luò)、通信、微電子和建筑等技術(shù)的不斷發(fā)展完善，以及相互之間的系統(tǒng)集成和有機(jī)結(jié)合，智能建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向。其中樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(BAS)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)(OAS)和通信自動(dòng)化系統(tǒng)(CAS)已有成功應(yīng)用。同時(shí)人們生活水平的提高，對(duì)住宅環(huán)境在舒適、安全、高效、節(jié)能和便捷等多方面提出了更高要求，因此家庭自動(dòng)化系統(tǒng)(HAS)應(yīng)運(yùn)而生，它一方面實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的管理，另一方面與整個(gè)樓宇主控管理系統(tǒng)互聯(lián)[1]。對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的管理主要有：
(1)對(duì)電器設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控，對(duì)能源進(jìn)行優(yōu)化管理與控制，如家電開關(guān)、空調(diào)調(diào)節(jié)、燈光控制、聲音調(diào)節(jié)、溫度控制、濕度控制、安全和保安管理及水、電、氣三表自動(dòng)計(jì)費(fèi)和轉(zhuǎn)帳管理等。
(2)對(duì)數(shù)字設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，內(nèi)部家用網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備之間局域網(wǎng)的連接，如計(jì)算機(jī)、多媒體計(jì)算機(jī)、電視、攝/錄像機(jī)、VCD/DVD和數(shù)碼相機(jī)等娛樂設(shè)備。對(duì)外實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、教育、醫(yī)療、存貸、購物等。
目前已有多種HAS產(chǎn)品共存，主要集中在歐洲、美國和日本，基本采用DCS控制方案，但是各系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)不一，相互兼容性差，具體可參閱文獻(xiàn)資料。國內(nèi)現(xiàn)處于開發(fā)研究起步階段，許多問題亟待解決。

HCU與下位機(jī)節(jié)點(diǎn)之間選用了規(guī)模較小、可靠性高、易于擴(kuò)展的CAN總線，采用雙絞線作為通信介質(zhì)。CAN總線接口選用了Philips公司生產(chǎn)的獨(dú)立控制器82C200，其支持CANBUS物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能，多主結(jié)構(gòu)，有成組和廣播報(bào)文功能，總線訪問優(yōu)先權(quán)取決于報(bào)文標(biāo)識(shí)符， 有極強(qiáng)的錯(cuò)誤處理能力，且配置靈活允許局域網(wǎng)擴(kuò)展。選用總線驅(qū)動(dòng)接口82C250結(jié)合光電隔離，提供對(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收功能，實(shí)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)之間的電氣隔離，以增大通信距離，提高總線瞬間抗干擾能力[3]。
與Ethernet網(wǎng)的連接選用了基于Rabbit 2000微處理器及Ethernet芯片開發(fā)的 Rabbit2000 TCP/IP開發(fā)工具箱，它是含TCP/IP協(xié)議棧的嵌入式開發(fā)系統(tǒng)[4]，提供了一個(gè)帶有8位高性能的微處理器工作平臺(tái)和動(dòng)態(tài)C語言軟件開發(fā)包。開發(fā)板提供1個(gè)與RS-232接口、1個(gè)與廠商配制的端口(既可用于RS-485，又可用于RS-232)、4個(gè)高速電流輸出設(shè)備、4個(gè)數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、7個(gè)定時(shí)器、1個(gè)實(shí)時(shí)電池支持時(shí)鐘和1個(gè)10Base-T以太網(wǎng)接口，并提供了TCP/IP協(xié)議的全部源代碼，實(shí)現(xiàn)TCP/IP和RS-232之間相互轉(zhuǎn)換，為現(xiàn)場設(shè)備的上網(wǎng)提供了軟/硬件平臺(tái)。
對(duì)于現(xiàn)場設(shè)備需要開發(fā)相應(yīng)的基于CAN總線的控制單元，這里不作介紹。在底層控制網(wǎng)絡(luò)中，HCU和現(xiàn)場控制單元分別有自己的ID標(biāo)志，由于采用CAN標(biāo)準(zhǔn)作為通信協(xié)議，與節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的地位相同，于是將HCU虛擬為主機(jī)，將現(xiàn)場設(shè)備虛擬為從機(jī)，響應(yīng)主機(jī)的要求，執(zhí)行相應(yīng)流程，各節(jié)點(diǎn)之間也可以進(jìn)行信息交換。

3 軟件模塊與協(xié)議
系統(tǒng)軟件主要由監(jiān)控、配置、網(wǎng)絡(luò)管理和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議四部分組成，其中監(jiān)控部分完成對(duì)家庭設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制和檢測，及時(shí)顯示且做相關(guān)處理，如故障報(bào)警、事件提示等。配置部分為用戶提供更改系統(tǒng)和設(shè)備配置的人機(jī)接口，及時(shí)提示用戶配置步驟及配置過程中的錯(cuò)誤，用戶可以查詢某一子系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)信息。網(wǎng)絡(luò)管理幫助用戶分析、管理和擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行故障診斷和故障恢復(fù)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)TCP/IP到HASP(HAS Protocol)相互間的轉(zhuǎn)換，主要是數(shù)據(jù)流關(guān)系為TCP/IP到RS-232到CAN三者之間的相互轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)程序首先完成初始化定義，包括系統(tǒng)、X25045、DS1302、鍵盤定義及處理、LCD、CAN總線、Rabbit2000，然后進(jìn)入循環(huán)監(jiān)控狀態(tài)。以水表計(jì)費(fèi)簡要說明，水表計(jì)費(fèi)節(jié)點(diǎn)自動(dòng)完成計(jì)費(fèi)功能，當(dāng)用戶按下水費(fèi)鍵→鍵盤處理程序檢測該鍵按下→向水費(fèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)出費(fèi)用指令→水費(fèi)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)命令返回當(dāng)前費(fèi)用→控制器顯示水費(fèi)費(fèi)用；用戶使用密碼通過Ethernet訪問家中HCU→發(fā)指令詢問水費(fèi)→控制器響應(yīng)且向水費(fèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)費(fèi)用指令→水費(fèi)節(jié)點(diǎn)返回費(fèi)用→HCU通過Ethernet向用戶返回當(dāng)前水費(fèi)情況。
Internet的接入和智能化實(shí)現(xiàn)必然是HAS的發(fā)展方向，本方案的硬件平臺(tái)及底層現(xiàn)場控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙呀?jīng)完成，正著手進(jìn)行與上層網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試。該方案的優(yōu)越性在于充分利用Internet的互聯(lián)性及現(xiàn)場總線的雙向、串行、數(shù)字等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的優(yōu)化管理。